專利名稱：微型液芯集成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微型液芯集成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其制造方法，屬于光纖通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通過光導(dǎo)線傳輸光信號，較之傳統(tǒng)的通過電導(dǎo)線傳輸電信號來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信號交換，具有抗電磁干擾能力強、保密性好、體積小、質(zhì)量輕、功耗低和安裝簡單等一系列獨特的優(yōu)點，因此光纖通信自1970年開始發(fā)展以來，已在郵電通信、廣播電視、電子計算機數(shù)據(jù)通信、科學(xué)研究、工業(yè)、交通和國防等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。然而在網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的傳輸通常采用打包的開關(guān)技術(shù)，它的好處是提高資源的利用率，它的缺點是高密度陣列式光開關(guān)結(jié)構(gòu)的發(fā)展跟不上。目前，隨MEMS(微型機械電子系統(tǒng))技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)用于微型光開關(guān)的集成式光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。US6,055,344(Apr.25，2000)描述了由波導(dǎo)基片、加熱基片和液體填充槽構(gòu)成的集成式光開關(guān)結(jié)構(gòu)。其中光波導(dǎo)基片上有高密度的固態(tài)光波導(dǎo)線，且相互交叉，采用微細加工工藝在光波導(dǎo)線交叉處構(gòu)造微槽結(jié)構(gòu)，并在槽內(nèi)填充與固態(tài)波導(dǎo)線折射率相同的液體，通過加熱基片加熱驅(qū)動液體的流動，實現(xiàn)光路的切換。該專利的思想是用固態(tài)光波導(dǎo)線來約束光路的傳輸，其優(yōu)點是可以實現(xiàn)光路的高密度集成和約束光路的行走路徑；但為了實現(xiàn)光路盡可能無損耗的切換，不得不在光路交叉轉(zhuǎn)換處設(shè)計復(fù)雜的溝槽，引入折射率匹配的液體。這使得整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，增加了工藝難度，提高了器件成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要包括平面襯底、液芯光波導(dǎo)線，液芯光波導(dǎo)線主要包括上層包層、下層包層、液體光波導(dǎo)介質(zhì)和中空微通道，平面襯底上設(shè)置液芯光波導(dǎo)線，在下層包層和上層包層之間設(shè)有中空微通道，中空微通道內(nèi)為液體光波導(dǎo)介質(zhì)。具體的制作工藝為在單晶硅平面襯底上通過熱氧化或濺射的工藝獲得二氧化硅作為下層包層，通過光刻和電鍍的方法得到銅微線條，在銅微線條上用化學(xué)氣相沉積法或濺射工藝獲得二氧化硅作為上層包層，通過化學(xué)腐蝕，將銅微線條除去，則得到中空微通道，在中空微通道內(nèi)引入液體光波導(dǎo)介質(zhì)，即制成微型液芯集成光波導(dǎo)線。
在光路的交叉處，即液芯光波導(dǎo)線的交叉處，可以插入微型光學(xué)器件，例如插入平面反射鏡形成光開關(guān)。整個液芯集成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與外接裸光纖的耦合是通過光芯與液芯光波導(dǎo)線的對準實現(xiàn)。這樣，將光纖網(wǎng)絡(luò)中的光信號引入液芯集成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中。液芯的下層包層和上層包層可用濺射法沉積，速度快，工藝簡單且重復(fù)性好。為了得到中空的微管道，首先構(gòu)造相應(yīng)的犧牲性芯。濺射了上層包層后，再除去芯料，得到中空的微通道結(jié)構(gòu)。采用圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，可以實現(xiàn)任一平面上走向變化和尺寸變化的微通道結(jié)構(gòu)，使光路按任意要求行走，并且通過微通道尺寸的變化避免傳播中光的損耗。采用液體光波導(dǎo)介質(zhì)，其優(yōu)點在于在光路中斷，被其它光學(xué)器件，例如反射鏡所作用時，不存在固體/空氣斷面，由于毛細作用，液體光波導(dǎo)介質(zhì)將浸潤光學(xué)器件，使光束在液體波導(dǎo)介質(zhì)中無斷面地傳播；當光學(xué)器件從光路中抽出，由于液體的自愈合作用，光路自行恢復(fù)，仍然不會存在液體/空氣斷面。采用液體光波導(dǎo)介質(zhì)的優(yōu)點還在于當它僅用作光傳導(dǎo)時，對環(huán)境溫度不敏感；另外采用液體波導(dǎo)介質(zhì)的成本比固體光波導(dǎo)介質(zhì)的成本低，制造工藝簡單。因此本發(fā)明具有工藝簡單、成本低、光路集成密度高、損耗小的特點。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步描述

圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明實施例示意圖
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明主要包括平面襯底1、液芯光波導(dǎo)線2，液芯光波導(dǎo)線2主要包括上層包層3、下層包層4、液體光波導(dǎo)介質(zhì)5和中空微通道6，平面襯底1上設(shè)置液芯光波導(dǎo)線2，在下層包層4和上層包層3之間設(shè)有中空微通道6，中空微通道6內(nèi)為液體光波導(dǎo)介質(zhì)5。
具體的制作工藝為在單晶硅平面襯底1上通過熱氧化或濺射工藝獲得二氧化硅作為下層包層4，通過光刻和電鍍的方法得到銅微線條，在銅微線條上用化學(xué)氣相沉積法或濺射獲得二氧化硅作為上層包層3，通過化學(xué)腐蝕，將銅微線條除去，則得到中空微通道6，在該中空微通道6內(nèi)引入液體光波導(dǎo)介質(zhì)5，即制成微型液芯集成光波導(dǎo)線。
如圖2所示，用該液芯集成光波導(dǎo)技術(shù)制造的2×2微光開關(guān)結(jié)構(gòu)特例示意圖。當平面反射鏡7如圖所示插入光路中時，就實現(xiàn)了光路的切換，在液芯波導(dǎo)線2交叉斷開的區(qū)域9，仍然填充有液體光波導(dǎo)介質(zhì)5，因此，光束8從液芯光波導(dǎo)線2傳出時并不存在斷面，因此不存在損耗。當平面反射鏡7被驅(qū)動離開光路時，液體光波導(dǎo)介質(zhì)5自動愈合，光束8在區(qū)域9內(nèi)沿原方向前進，液芯傳導(dǎo)依然保持連續(xù)性。但是由于沒有上層包層3的約束，光束8在區(qū)域9傳輸時會出現(xiàn)一定的發(fā)散，這可以通過改變液芯光波導(dǎo)線2的輸入端10和輸出端11的尺寸實現(xiàn)。對于任一光波導(dǎo)線，在光的輸入端的尺寸總是大于在光的輸出端的尺寸，這樣能將光的損耗降至最低?；谶@種2×2微光開關(guān)結(jié)構(gòu)，將其擴展，可以容易地實現(xiàn)8×8以上的大型光開關(guān)陣列。
權(quán)利要求
1.一種微型液芯集成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，主要包括平面襯底(1)、液體光波導(dǎo)介質(zhì)(5)，其特征在于液芯光波導(dǎo)線(2)，液芯光波導(dǎo)線(2)主要包括上層包層(3)、下層包層(4)、液體光波導(dǎo)介質(zhì)(5)和中空微通道(6)，平面襯底(1)上設(shè)置液芯光波導(dǎo)線(2)，在下層包層(4)和上層包層(3)之間設(shè)有中空微通道(6)，中空微通道(6)內(nèi)為液體光波導(dǎo)介質(zhì)(5)。
2.一種微型液芯集成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征還在于具體的制作工藝為在單晶硅平面襯底(1)上通過熱氧化或濺射工藝獲得二氧化硅作為下層包層(4)，通過光刻和電鍍的方法得到銅微線條，在銅微線條上用化學(xué)氣相沉積法或濺射獲得，二氧化硅作為上層包層(3)，通過化學(xué)腐蝕，將銅微線條除去，則得到中空微通道(6)，在該中空微通道(6)內(nèi)引入液體光波導(dǎo)介質(zhì)(5)，即制成微型液芯集成光波導(dǎo)線。
全文摘要
微型液芯集成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其制造方法主要包括:平面襯底、液芯光波導(dǎo)線,液芯光波導(dǎo)線主要包括:上層包層、下層包層、液體光波導(dǎo)介質(zhì)和中空微通道,平面襯底上設(shè)置液芯光波導(dǎo)線,在下層包層和上層包層之間設(shè)有中空微通道,中空微通道內(nèi)為液體光波導(dǎo)介質(zhì)。具體的制作工藝為:在單晶硅平面襯底上通過熱氧化或濺射的工藝獲得二氧化硅作為下層包層,通過光刻和電鍍的方法得到銅微線條,在銅微線條上用化學(xué)氣相沉積法或濺射工藝獲得二氧化硅作為上層包層,通過化學(xué)腐蝕,將銅微線條除去,則得到中空微通道,在中空微通道內(nèi)引入液體光波導(dǎo)介質(zhì),即制成微型液芯集成光波導(dǎo)線。
文檔編號G02B6/136GK1333468SQ0112627
公開日2002年1月30日 申請日期2001年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月19日
發(fā)明者丁桂甫, 王莉 申請人:上海交通大學(xué)